[发明专利]一种转子式斯特林制冷机及工作方法

权利要求书

1.一种转子式的斯特林制冷机，其特征在于：它包括异形三角转子（7），异形三角转子（7）设置在转子收容腔（4）内，转子收容腔（4）内设有容纳异形三角转子（7）转动的空间，转子收容腔（4）顶部通过法兰连接有嵌入式密封端盖（3），底部开有允许异形三角转子（7）与外界沟通的孔洞，孔洞上通过定位缺口固定有内齿轮（9），异形三角转子（7）中心处设有一贯穿整体的圆孔，圆孔中设有管状延伸物，管状延伸物顶端外设有外齿轮（8），管状延伸物中插接有偏心轴（10），偏心轴（10）由一粗一细两支金属杆连接构成，偏心轴（10）细的金属杆部分与管状延伸物连接，偏心轴（10）粗的金属杆部分通过联轴器受电机驱动，外齿轮（8）与转子收容腔（4）底端固定的内齿轮（9）匹配从而保证电机通过偏心轴（10）驱动异形三角转子（7）在转子收容腔（4）内运动时两者始终贴合，嵌入式密封端盖（3）上开有四个通孔，通孔的位置位于转子收容腔（4）四角顶端位置，四个通孔上分别设有两个U型换热管组，U型换热管组包括一支热端换热管（6）和一支冷端换热管（2），热端换热管（6）和冷端换热管（2）前端与嵌入式密封端盖（3）上的两个相邻通孔连接，热端换热管（6）和冷端换热管（2）的尾端设有连接两者的的回热器（1）；

转子收容腔（4）被异形三角转子（7）始终分隔为四个独立工作腔，通过冷端换热管（2）、热端换热管（6）和回热器（1）连接；独立工作腔每两个相邻的独立工作腔之间在缸壁上形成尖锐顶端，总共形成四个尖锐顶端，异形三角转子（7）在转子收容腔（4）内工作中始终与一个尖锐的顶端接触，在异形三角转子（7）旋转时，每个独立部分都可以实现容积的连续的周期性变化。

2.根据权利要求1所述的一种转子式的斯特林制冷机，其特征在于：嵌入式密封端盖（3）与容纳异形三角转子（7）转动的空间连接处，设有与转动的空间界面匹配的凸起，同时嵌入式密封端盖（3）与转子收容腔（4）之间设有密封胶圈（5）。

3.根据权利要求1所述的一种转子式的斯特林制冷机，其特征在于：所述的异形三角转子（7）的截面为偏心摆线结构，具体解析解在xOy平面直角坐标系上的参数方程为：

式中，r为偏心圆半径，L为摆线长度，θ为在坐标系上的角度，当该角度由0°至1440°变化生成的外形即为异形三角转子（7）截面；

异形三角转子（7）外形轮廓为在半径上的点处延伸一摆线，直线偏转角度为在偏心圆形所处角度的1/4，在偏心圆上旋转4周，摆线即可旋转一周形成闭合曲线即为异形三角转子（7）的截面外形；偏心轴（10）的一粗一细两支金属杆两杆中心距离为转子生成时圆形的半径。

4.根据权利要求1所述的一种转子式的斯特林制冷机，其特征在于：内齿轮（9）与外齿轮（8）的齿数比为4:3；异形三角转子（7）绕中心公转1周，其自身自转1/3周，在内齿轮（9）与外齿轮（8）的约束下，异形三角转子（7）外形轮廓进行偏心旋转，偏心旋转半径为转子外轮廓生成时利用的圆形半径，异形三角转子（7）轮廓旋转掠过的包络线即与转子收容腔（4）的形状匹配。

5.一种使用权利要求1所述转子式的斯特林制冷机的工作方法，其特征在于步骤如下：

将异形三角转子（7）安装在转子收容腔（4）内，将偏心轴（10）的大圆轴端通过联轴器与电机连接，小圆轴端与异形三角转子（7）的管状延伸物连接，安装嵌入式密封端盖（3）腔体内密封，两个U型换热管组连接将转子收容腔（4）分为对应的两组，两组腔通过装有氦气工质的两个U型换热管组，随着异形三角转子（7）旋转在两个通过U型换热管组联通的独立腔体内往复运动，氦气在一侧的独立腔体内随着异形三角转子（7）旋转被挤压，流经热端换热管（6）放出热量后通过回热器（1）内回热，回热后流经冷端换热管（2），与冷端换热管（2）相连的独立腔体随着异形三角转子（7）旋转带动氦气膨胀降温在冷端换热管（2）处释冷；如此氦气工质在制冷机内的流通过程为：与热端换热管（6）相连的独立腔体→热端换热管（6）→回热器（1）→冷端换热管（2）→与冷端换热管（2）相连的独立腔体→冷端换热管（2）→回热器（1）→热端换热管（6）→与热端换热管（6）相连的独立腔体如此循环往复工作。

6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于：使用时转子在转子收容腔（4）内公转1周，则转子自转1/3周，转子对一个独立腔体做一次功，对四个独立腔体共做四次功；转子自转一周，对一个独立腔体做三次功。